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智能变电站二次系统信息标准化平台关键环节与技术

2017-07-03 13:09:09 《中国电力》

摘要:针对现阶段智能变电站建设中由于管理和技术上的不规范所导致的配置文件错误、频繁变更等一系列问题,从变电站的二次系统信息入手,对变电站建设整个过程进行全面分析,提出了智能变电站二次系统信息标准化平台,该平台将建设过程中每个关键环节进行梳理,重点研究了ICD文件检测、SCD文件版本管控等关键技术,并将变电站建设中二次系统信息进行了标准化要求,使得工程建设能够协调进行。以500kV保东站试点工程为实例,将该平台应用贯穿整个建设过程,结果证明了该平台的有效性及实用性。

关键词:智能变电站;配置文件;SCD;校验技术

0引言

随着变电站自动化技术的不断发展,智能变电站已经逐渐取代常规变电站成为电网建设的新趋势。智能变电站采用最新的通信技术和通信网络使得变电站技术形态发生了革命性变化,其采用IEC61850标准通过建立统一的、面向对象的层次化信息模型[1,2],实现了不同厂商、不同类型设备之间的互操作。

然而智能变电站建设是一个包含多角色、多环节、多技术的过程,因此在实际的建设过程中暴露出一系列的问题:(1)变电站所使用的智能电子设备配置描述文件(IEDconfigurationdescription,ICD)不规范,导致在建设后期需要更改ICD文件,影响工程进度;(2)各环节责任主体不明确,在整个过程中无法进行有序、高效的配合;(3)变电站配置描述(substationconfigurationdescription,SCD)作为智能变电站核心文件在建设过程中频繁修改,其完整性和规范性得不到有效的保证;(4)工程设计、调试等环节过度依赖集成商或智能装置厂家,关键环节的技术相关人员很难介入,无法开展大规模建设。

本文基于上述问题提出了建立二次系统信息标准化模型平台,详细阐述了变电站二次系统信息模型管理流程,具体分析了过程中各个环节,并按照环节理清各单位职责,着重对关键环节和关键技术做了详尽的探讨、分析和比较。通过500kV保东站的工程建设实例实现了二次系统信息模型的标准化管理。

1二次系统信息标准化管控平台

1.1平台整体管理流程

智能变电站二次系统模型管控平台将二次系统建设过程中的所有参与单位纳入进来,通过该平台进行工作协作和交接,以智能站配置文件管理为核心,以工程进度为主线,基于各种标准化检测工作流技术,保证工程有质有量的进行。其整体流程主要分为5个阶段:设备招标采购、施工图设计、系统集成联调、现场调试和竣工验收。如图1所示。

图1二次系统信息标准化平台流程

1.2关键环节管理流程

1.2.1施工图设计

物资部门与设备供应商签订合同后,设备供应商向设计单位提供供货版本清单。设计单位对模型库中的ICD模型进行标准化校验,并生成SCD文件,各单位对SCD文件进行语法、语义、虚回路及虚端子配置的检查,然后提交调试部门使用并进行存档。如图2所示。

图2施工设计阶段

1.2.2系统集成联调

集成联调前,设计单位将SCD文件和ICD文件清单交付集成调试单位,此过程中若SCD发生变更需经设计单位确认,并进行SCD全面校验,然后进行装置试验,结束时对SCD文件、ICD文件版本清单进行复核存档。如图3所示。

图3系统集成联调阶段

1.2.3现场调试

将SCD文件及ICD版本清单交付于现场调试单位,若调试过程中SCD出现变更仍需设计单位确认并进行完整性校验,生成变更记录,结束后进行SCD全面校验,包括语法语义、与实例化IED配置描述文件(configurationIEDdescription,CID)、ICD文件一致性校验,确保一致后将最终版本归档。如图4所示。

图4现场调试阶段

2二次信息标准化关键技术

由1节所述可以看出智能变电站的建设是一个涉及多部门、多环节、多任务的过程,为了保证工程顺利开展,需要针对关键环节引入关键技术确保工程高效实施。开发各检测环节测试软件能够有效的排除人为不确定性的干扰,同时在软件测试的同时加入专家性决策环节,对结果进行复核,能够有效保证测试的正确性。

2.1ICD入网检测

ICD文件是整个智能变电站建设的基础,因此对设备供应商提供的ICD进行标准化校验显得尤为重要。

设备供应商所提供的ICD文件有的是经过国家电网公司网检测版的,此类已经通过标准化校验,可以直接使用;对于不在标准库的ICD则需要进行校验。依据《工程继电保护应用模型》[3,4]ICD标准校验包括Schema校验、语义校验以及应用模型校验,如图5所示。

图5ICD文件校验

2.1.1Schema校验

由于ICD文件是XML文档,其格式应该符合XML文档的规定,因此需要对其进行XML语法检测。

2.1.2应用模型校验

应用模型校验基于《IEC61850工程继电保护应用模型》,该文件规定了ICD文件需要遵循的一系列规则,例如对ICD的数据类型、数据模板(DataTypeTemplates)、通信参数和命名(Communication)、IED设备控制块(GSEControl)等都做了相关的规定。基于上述规则开发相关的校验软件可以方便准确的进行ICD文件的标准化校验。

2.2SCD文件检测与管控

SCD文件作为智能变电站配置文件的核心部分,在变电站建设中有着极其重要的作用。SCD文件从变电站建设开始,贯穿了调试、竣工、扩建、改建整个过程,而且在此过程中由于系统的变化,SCD文件也处于动态变化之中,因此对SCD文件的管控成为变电站建设中一个关键议题[5,6,7,8,9,10,11,12]。现阶段对SCD文件管控主要包括标准化校验和版本管理。

2.2.1SCD标准化校验

SCD标准化校验主要对其语法语义进行校验,与ICD标准化校验一致,也是基于IEC61850标准和《工程继电保护应用模型》,检查是否符合XML语法和模型要求。

2.2.2SCD版本管理

SCD文件的版本管理主要针对在变电站建设过程中SCD文件频繁变更的情况,例如新建变电站IED内部功能的改变导致SCD文件变动,调试过程中修改SCD以及后期改扩建时对SCD的修改等。现阶段针对SCD版本的管理主要有2种方法:一是差异化校验技术;二是虚端子校验码(CRC)技术。

(1)差异化校验技术。SCD文件差异化校验技术利用SCD文件遍历关键节点的对比来实现两个不同文件间的校验。SCD文件通过XML格式编写给实验人员提供了一种结构式的文档,主要由Header(头)、Substation(变电站)、Communication(通信)、IED和DataTypeTemplates(数据模板)组成。通过提取SCL文档关键元素形成元素二维表,转化成DOM树结构,通过对2个DOM数之间的循环比对来完成SCD文件的差异性校验。

(2)虚端子校验码技术。虚端子配置校验码(CRC)分为全站SCD虚端子配置校验码和IED虚端子配置校验码,分别用于SCD文件的管控和装置配置文件(CID)的管控。其中每个IED只配置唯一的CRC校验码,该校验码只与相关的虚端子连接配置及通信参数配置相关,与其他信息无关;SCD的CRC校验码则与全站所有IED虚端子配置有关,当任意IED虚端子配置发生变化时,SCD的CRC则跟随变化。因此可以通过比较CRC校验码是否一致来确定该SCD文件版本是否发生变化,如图6所示。

图6CRC校验码生成流程

2.3SCD与装置配置文件(CID)一致性校验

为了保证下装到装置中的配置文件(CID)与全站SCD中的信息的一致性,需要进行SCD文件和配置文件的一致性校验,主要有两种方法进行校验:静态校验和动态校验。

2.3.1静态校验

SCD文件与装置配置文件静态校验主要是通过从装置中提取最终版本的配置文件(CID)然后和全站的SCD文件进行对比检测。其中检测内容主要包括数据类型模板<DataTypeTemplate>的一致性;SCD文件通信<Communication>的IED访问点<ConnectedAP>内容、<IED>内容的一致性等。

2.3.2动态校验

SCD文件与装置配置文件的动态校验主要是将校验工具软件与装置连接于同一网络下,通过设置IP方式进行通信来完成校验。动态校验的为配置文件站控层的内容,其中包括<Communication>的IED访问点<ConnectedAP>下MMS层下内容以及GOOSE、SV通信的部分内容。动态校验在装置运行的工况下就可以完成,保证了一致性校验的精确性和便利性。

3工程实例

河北省电力公司以500kV保东站建设为试点开展了“智能变电站二次系统信息标准化”工程实践,该工程的参与单位涵盖了省运检部、省检修公司、省送变电公司、省电科院以及南瑞继保、许继电气、南瑞科技、北京四方、长圆深瑞等多家单位和公司。该试点工程应用二次系统信息标准化平台发现并解决了一系列问题,其中主要问题包括:

(1)设备ICD文件不符合规范要求。在对所有招标单位所提供的ICD文件进行审查时发现通过国家电网公司检测版的ICD文件所占比例较少,大部分需要进行标准化校验。按照2.1节所述进行标准化校验,所出现的问题如表1所示。因此,通过该平台将检测出的问题及时反馈给供应厂商进行修改,直到所有的设备ICD文件都符合标准化要求。这样既保证了工程最基本的环节的准确性,也为接下来整站的SCD文件的制作奠定了良好的基础。

表1保东站ICD标准化检测结果

(2)联调过程中SCD检测问题及变更处理。对集成商制作好的SCD文件按照2.2节所述进行标准化校验,表2显示了该站SCD文件检测出的问题。

表2保东站SCD文件标准化检测结果

集成商根据表2检测结果继续对SCD文件进行修改,直到符合标准化要求,然后导出装置的CID文件进行下装调试工作,表3显示了导出的CID文件虚端子CRC校验码和SCD校验码之间的关系,通过CRC校验码来进行调试过程文件管控。

表3保东站虚端子CRC校验码

(3)SCD文件与设备下装的CID文件不一致问题。保东站在进行出厂联调和现场调试时会出现装置的CID经常变动的情况,针对此种情况需要对SCD文件进行修改,然后再导出CID文件进行装置的下装,所以需要按阶段对装置的CID和SCD进行一致性校验,校验按照2.3节所述进行,包括静态测试和动态测试。通过此环节有效保证了SCD文件与装置运行的CID文件一致性。

500kV保东站试点工程的顺利竣工证明了二次系统信息标准化平台的有效性,通过二次系统信息标准化平台,保证了各方协调工作,达到了“全过程标准化、可控化”的效果。

4结语

智能变电站日益发展壮大,它必将取代常规变电站成为变电站建设和运行的主要模式。针对智能站建设中二次系统信息的错乱和不规范,本文提出了二次系统信息规范化平台,从关键环节和技术层面理顺了关系,对智能变电站的建设具有重要的指导意义。同时,现阶段仍存在各大厂家配置文件格式不一致、虚端子配置有效性以及装置文件库建立等问题,这也将是今后智能变电站技术的研究重点。(作者:刘清泉 郝晓光 何磊)

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